内容提要：工作在长达数百米甚至数千米的长控制线末端的继电器，由于线路压降和分布电容的原因，它们的工作条件与一般回路中的控制电器不尽相同。这些继电器的选用条件是：……

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我们来看下图，这张图是ABB在中东沙漠油田中的工程实录：

图中黄色的区域有两个手动控制按钮，它们位于1800米之外，它们下方的继电器则用于本地的控制。这两个开关安装得如此之远，会对系统产生何种影响？

初步想来，影响应当有两方面：第一是线路压降，第二是线路的分布电容。前者有可能造成继电器电压过低而无法吸合，后者则有可能因为远处的开关被分布电容给短路造成继电器吸合后无法释放。

现在我们就来讨论这两个问题。

首先，我们把图中关键部位给等效出来，如下：

图中S2为中间继电器K5的闭合按钮，我们还看到S2的两端接有长达1800米的控制导线用于连通电源和中间继电器线圈。容易看出，长控制线的压降会使中间继电器线圈压降不足，同时又可能因为长控制线的分布电容产生漏电使得中间继电器误动作。

我们来看中间继电器的参数：

从表中的数据我们可以看出，这种中间继电器属于高灵敏继电器，它的线圈电阻较大，吸合电流在220Vac电压下只有13.7毫安，吸合冲击电流为0.14A。

为了定量计算，我们来看具体的计算方法：

ΔUd%——单相线路电压损失百分位数，单位：%/A.km

ΔUa%——三相线路电压损失百分位数，单位：%/A.km

R0——线路单位长度电阻，单位：Ω/km

X0——线路单位长度电抗值，单位：Ω/km

I——线路电流，单位：A

L——线路从首端至负荷点的线路长度，单位：km

UN——线路额定电压，单位：V

注意哦，三相线路中对于每相的负载来说只有一根线，但单相负载则有两根线。这在我写的一个回答农村用电线路压降的帖子中出现过。

这个公式出现在《工业与民用配电设计手册》第三版的第9章中。有兴趣的知友们可以去查阅。

该手册在书中的表9-10还给出了如下数据：

现在，我们就可以来定量计算了。

我们取线路的功率因数为0.8，由此推出正切值为0.75，导线的截面积取2.5平方毫米

，导线电阻为7981欧，电流为0.14A，导线长度自然就是1.8km。我们将这些数据代入表达式中：

我们看到，线路压降的百分位数仅为1.06%，中间继电器的压降百分比为98.94%，因此中间继电器的吸合毫无问题。

我们再看分布电容：

截面积为2.5平方毫米于护套线内部芯线并未绞绕，所以λ=1；εr为5；ψ为0.94；D为3.87mm；r为0.80mm；电缆长度是1.8km。我们来计算此线的电容量：

也即0.184微法的电容量。我们将此电容量折算成电抗，得到：

我们来看线路的等效原理图，见图：

我们已知继电器线圈电阻RK5=16100Ω，继电器线圈感抗XK5=j161Ω，1800米电缆分布电容容抗为Xc=-j17.3Ω，1800米电缆的电阻Rc=2x1.8x7.981≈28.73Ω。我们来求流经分布电容和继电器线圈的电流Ix：

虽然控制按钮S2并未按下，但电缆的分布电容产生的漏电流有30毫安，而且呈现弱容性。我们已经知道中间继电器的吸合电流是13.7毫安，可见分布电容产生的漏电流足以让中间继电器吸合动作。

结论：

对于高灵敏继电器，当它使用在具有长控制线的场所，长控制线的线路电阻影响不是很大，而线路的分布电容则有可能让它自动吸合，或者吸合后不释放。

怎么办？我们让中间继电器的吸合电流等于线路分布电容漏电流的1.2～2.0倍，则中间继电器误动作问题就可以解决。

设计举例：

我们来看ABB的N系列、NL系列和NF系列中间继电器参数，见表：

从表中所列参数可以看出，N系列属于一般的中间继电器，NL系列属于较高灵敏度的中间继电器，而NF属于低保持功耗的中间继电器。我们就用这三种系列的中间继电器进行比较性设计。

我们用表中的数据计算各系列中间继电器的吸合冲击电流，如下：

上表是各种系列继电器的吸合电流，下表代入公式计算得到的线路压降，线路参数自然就是：1.8千米长导线，电缆截面为2.5平方毫米。

注意哦，上表中的电流是吸合冲击电流。吸合冲击电流大约等于维持电流的10倍。关于吸合冲击电流的计算方法，可参见：

GB14048.5-2008《低压开关设备和控制设备第5-1部分：控制电路电器和开关元件，机电式控制电路电器》的表7：“不同使用类别的接通与分断能力的接通和分断条件”，还有表10：“不同使用类别的约定操作性能的接通和分断条件”。

可见，当采用1.8km长的2.5平方毫米电缆时，这三种中间继电器吸合冲击电流产生的线路压降均满足要求，线圈吸合电压均大于额定电压的85%。

再看分布电容漏电流的影响，结果如下表所示：

我们已经知道1.8km长的2.5平方毫米电缆其分布电容产生的漏电流是30毫安，可见只有N系列和NL系列两款中间继电器满足要求，而且从可靠性的观点出发，NL系列中间继电器比N系列中间继电器更优。

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结论：

1）在具有长控制线的线路中，各类继电器的灵敏度不要太高，够用即可。否则，线路的分布电容有可能会使得这些继电器提前吸合，或者吸住不放。

2）设计完毕，一定要用计算线路压降的公式将数据校核一遍，以期获得较为完善的结果。

3）若条件允许，最好采用4~20毫安的控制信号来传递控制信息。事实上，4~20毫安电流信息的可靠性比开关量信息和现场总线通信信息要高得多。

延伸阅读：

低压电气和低压电器技术之2——趣谈电器中的导体发热

低压电气和低压电器技术之3——浅谈低压空气开关中的“空气”和灭弧原理

低压电气和低压电器技术之7——浅谈低压断路器的限流技术